SEAS5模式对新疆月尺度气温和降水的预测性能评估

检验评估气候模式，有利于发挥这一客观预测方法在新疆气候预测业务中的应用效果，提高新疆气候预测能力。基于欧洲中期天气预报中心第五代季节预测系统SEAS5模式的历史回报数据和新疆98个气象站的气温、降水观测资料，利用距平符号一致率Pc、趋势异常综合评分Ps、距平相关系数ACC、时间相关系数TCC等方法，综合评估了SEAS5模式对新疆1993—2019年月尺度气温和降水的预测性能。结果表明：SEAS5模式对新疆月气温、降水的总体预测性能较好，对降水趋势和量级有一定的预测能力。模式的预测性能存在明显的月际差异和空间差异。模式对新疆4—9月气温和4月、6—8月降水的预测性能较好。气温预测评分中，4月Pc最高（61.3分），7月Ps最高（74.4分），6月ACC最高（0.17）。降水预测评分中，4月Pc最高（58.7分），7月Ps最高（72.1分），4月ACC最高（0.16）。空间分布上，模式对1月、3月、6月和12月南疆的气温预测性能普遍高于北疆，对7月和9月南疆西部的预测性能低于其他地区。模式对南疆的降水预测性能普遍高于北疆。     

区域气候模式RegCM3在华东地区夏季的10年回报和2010年业务预报

利用国家气候中心全球海气耦合模式(BCC_CM1.0)嵌套区域气候模式RegCM3进行了近10年(1998-2007年)夏季回报及2010年华东夏季实时业务预报。从10年回报的模拟平均状况来看,模式基本能反映出中国东部夏季的平均状况,模式回报的夏季气温分布与实况较为相似,但回报的夏季降水量分布形态与实况有一定差异。使用国家气候中心六级Ps评分及简化的Ps评分对模式10年回报进行了评估。结果表明,该模式对华东地区夏季气温和降水有一定的跨季度预报能力,温度和降水10年平均Ps评分分别为69.9和60.9;对华东地区南部的气温及其东南部的降水有较好的回报效果。利用该模式进行了2010年夏季实时业务预报,预报检验表明,模式预报的2010年夏季温度距平和降水距平百分率分布与实况较为一致,夏季温度和降水的Ps评分分别为71.4和55.3;对影响较为严重的气候事件如江西降水极端偏多等也进行了准确预报。     

月动力延伸预测产品DERF2.0对广西气温和降水的预测评估

基于国家气候中心第二代月动力延伸预测模式业务系统(DERF2.0)开展的1983~2015年的回报试验结果和广西87个台站气象资料,利用距平相关系数ACC、距平符号一致率R和短期气候预测业务趋势异常综合评分(Ps)等3种方法,综合评估了DERF2.0系统对广西的气温和降水的预测性能。结果表明:DERF2.0模式对广西月气温的总体预测效果优于降水,气温与降水的预测效果有明显的月季变化,气温和降水在夏季的总体预报效果不好,但对降水异常的把握程度较高。DERF2.0对广西发生在1994、1996、1998、2005年6、7月的典型洪涝个例有一定的预测能力,影响模式6、7月降水预报误差的原因可能是模式对中高纬度阻塞系统预报偏差,模式仍有很大的改进空间。     

模式预测产品在乌兰察布市的应用检验

利于距平和距平百分率符号一致率,检验分析了国家气候中心第二代月动力延伸预测模式业务系统、美国环境预报中心的第二代气候预报系统和东京气候中心预报系统模式产品对乌兰察布市月气温和月降水趋势预报情况,结果表明,各家模式产品预测能力不稳定,预测水平各有优劣;对气温的预测能力高于对降水的预测。     

月动力延伸预报产品在三峡工程建设服务中的应用

用3种客观评分方法对国家气候中心为三峡库区提供的月动力延伸预报产品（500hPa位势高度场）进行了全面评估，结果表明，延伸预报月平均环流场预报准确率明显高于持续性预报和气候预报，有一定的预报技巧，对三峡工程气象服务有参考价值，从动力统计相结合的角度出发，利用推导的月降水距平与月环流场的关系，建立了三峡库区代表站点月降水距平预报议程，利用月动力延伸预报的500hPa高度场和实际降水场资料反演出月降水距平预报方程的系数，经过1999年降水预报试验，证明效果较好。     

MDERF产品在贵州月气候预测中的释用

基于MDERF(Monthly Dynamic Extension Range Forecast)模式输出500hPa位势高度场资料和贵州各月干旱综合指数、降水和气温等历史样本,利用秩序回归降尺度法,研究该方法对贵州月干旱综合指数、降水和气温的预报技巧和预测效果.结果表明:该方法从穷尽所有因子组合中选出彼此独立的3个最佳组合因子共同作为预报因子,从而增强可预报性;模型5 a回报试验和2007年8月试报结果表明该方法在实际预测业务中的应用潜力;各气候要素多年的距平相关系数评分比较稳定,其中月干旱综合指数、降水距平百分率、气温距平全年平均距平相关系数评分分别为0.14、0.15和0.14;各气候要素中月气温预报的Pc最高,平均为73%.综合分析表明,该方法在月动力延伸预报产品对贵州月气候要素预测释用中具有较好的应用前景.     

RegCM4.4对中国夏季气候的回报和2014年预测

利用区域气候模式对全球气候模式季节预测产品进行动力降尺度,是获取未来高分辨率季节气候预测结果的重要途径。使用区域气候模式RegCM4.4单向嵌套国家气候中心气候系统模式BCC_CSM1.1(m)输出结果,进行东亚19912013年逐年3月1日—9月1日的气候回报试验及2014年3月1日9月1日的气候预测试验。分析模式对中国地区夏季（6-8月）地面气温和降水的回报结果表明:RegCM4.4对夏季气候态的回报优于驱动场模式BCC_CSM1.1(m),并能提供更详细可靠的局地信息;RegCM4.4回报和观测的多年平均气温、降水的空间距平相关系数（ACCs）分别为-0.04和0.01,空间距平符号一致率（PCs）分别为51.1%和50.6%,趋势异常综合评分（PS）分别为64.2和70.3,均方差误差（MSE）分别为1.09 ℃和0.30 mm/d。RegCM4.4对中国地区2014年夏季气候预测结果表明,模式对夏季气温、降水距平整体分布的预测较好,但在次区域尺度上预测结果和观测存在差别。本研究只进行了一个区域气候模式RegCM4.4嵌套一个全球模式BCC_CSM1.1(m)单样本回报和预测试验的动力降尺度试验研究,未来在改进驱动场模式和区域气候模式模拟预测性能、订正驱动场模式输出系统误差及提高运算能力的基础上,进行多模式多样本的集合试验研究,有助于提高精细化短期气候预测产品的质量。     

陕西省短期气候预测业务质量评估

使用《短期气候预测质量评定暂行办法》,对陕西2001-2007年气候预测业务发布产品进行评分和分析评估。结果表明,月预测中,气温评分高于降水,气温预测有明显的正技巧;季预测中,春季降水评分最高,汛期降水评分近3a有明显提高;月预测和季预测评分高于年度预测相应时段的评分,说明月预测和季预测对年度预测的订正是有效的;年度预测中年降水预测成绩较好。10个气候区域预报评分和预测与实况距平一致率降水咸阳最高,气温榆林最高。     

我国华东地区月尺度气候动力预测的研究:(Ⅱ) 嵌套模式的回报评估

采用数值模式方法对我国华东地区进行月尺度短期气候预测。预测框架由改进的低分辨率全球环流模式T63 L9嵌套并入了水文模型VXM的区域气候模式RegCM3构成,根据嵌套气候模式的积分结果,经剔除系统误差后制作短期气候预报。本文利用国家气候中心的评分方法对2003、2004两年的降水和地表气温回报结果作了评估;还将本系统的预报结果与CMAP降水资料、NMC温度资料及全国160站的观测资料进行了对比。结果表明,该系统可以比较稳定地对我国华东地区的降水和温度进行月尺度预测。     

动力延伸预报产品在辽宁短期气候预测中的释用

基于1961～2000年辽宁53个测站40 a逐年的月气温距平和月降水距平百分率资料,根据EOF(经验正交函数)展开的空间特征向量分布特征,将前3个主要特征向量时间系数作为预报量,将500 hPa高度场的高度距平、地转涡度作为预报因子,利用多元统计回归分析,建立了一套定点、定量预测辽宁各月气温与降水量的数学模型。利用该模型对2001~2005年辽宁53个测站的月气温距平和月降水距平百分率进行逐月预报试验。结果表明:对气温和降水量的趋势预报的评分均比较好,有87%以上的月气温距平预测结果的评分超过66.0分,各月的平均Ps评分均高于66.0分,年平均为75.5分或以上,总平均为83.1分;有70%的月降水距平百分率预测结果的Ps评分超过60.0分,各月的平均Ps评分都高于53.0分,年平均为58.0分以上,总平均为66.5分。但对异常气候的预测效果不明显。     

短期气候预测评估方法和业务初估

根据短期气候预测业务目前的基本现状,提出了短期气候业务预测效果评估的几种参数。使用这些参数对国家气候中心气候预测室近20多年来全国范围月、季、年几种主要预测业务的降水距平百分率和平均气温距平的预测效果进行了初步评估。结果表明,月尺度预报中,温度预报好于降水预报;年度降水预报以对春季预报为最好;汛期降水预报水平有明显提高。     

月动力延伸预报产品在新疆月尺度降水预测中的应用检验

利用新疆101个气象观测站点逐月降水实况资料和2001~2010年国家动力气候模式产品,进行月动力延伸预报产品的应用预测检验。采用PS评分和同号率对内插预测结果进行效果评估,并与业务评分进行对比。结果表明：月动力延伸预报产品对新疆地区月降水趋势预测Ps评分高于业务评分,而对各月降水距平百分率的同号率差异较大。夏、秋季Ps评分较高,冬、春季PS评分较低,季节转换时预测Ps评分变率较大。     

月动力延伸预报产品在阿勒泰地区预报中的应用检验

利用2005年7月—2009年12月阿勒泰地区7个气象观测站逐月和旬的降水和温度实况资料、国家气候中心制作的月动力延伸预测模式的图形资料,采用预报评分法(P)和距平符号异同评分法对内插预测结果进行检验。结果表明:月动力延伸预报产品对各月温度距平同号率要明显高于降水距平百分率预报与实况同号率,对各月温度距平的预报评分比较稳定,而对各月降水距平百分率的预报评分差异较大。     

区域气候模式RegCM_NCC对华北冬季气温和降水的预报评估

利用国家气候中心全球海气耦合模式CGCM_NCC的输出结果驱动区域气候模式RegCM_NCC对华北地区1991—2010年冬季气温和降水进行了数值回报试验,并采用国家气候中心的业务预报评分(P)等5个评估参数对模式的回报结果进行了评估分析。结果表明:RegCM_NCC回报的华北地区20年冬季气温的P评分多年平均值为70.4分,其中大部分年份平均气温的P评分在60分以上,80分以上的有11年,11年的预报相对于随机预报和气候预报有正技巧;20年冬季降水的P评分多年平均值为66.3分,13年冬季降水的P评分在60分以上,在80分以上的有5年,8年的预报相对于随机预报有正技巧,有11年的预报相对于气候预报有正技巧。冬季Nino3.4区海温距平为负和东大西洋-俄罗斯西部型遥相关指数为负,均有利于回报的华北冬季气温P评分提高。     

一个考虑SST变化的月数值预报结果分析

根据陈隆勋等对海温月季变化研究的结果提出除了从冬到春的过渡月份外,ＳＳＴ距平的相邻月的月际变化不大。在此基础上,选了１９９６年６月并利用ＣＣＭ１动力气候模式作了月数值预报。在预报中,利用１９９６年６月１日００Ｚ中国国家气象中心Ｔ６４的客观分析资料作初值,利用１９９６年５月的ＳＳＴ距平加到６月气候ＳＳＴ作为６月的ＳＳＴ,作了一个月数值预报。结果表明,考虑了ＳＳＴ变化的数值预报优于用气候海温作的数值预报。前者的５００ｈＰａ高度场预报距平、８５０ｈＰａ纬向风预报距平、中国地区气温预报距平和降水预报距平分布均十分接近于实际观测分布。     

农学模式在冬小麦产量动态预报中的应用

根据冬小麦理论产量由单位面积有效茎、穗粒数和千粒重求积的农学原理,结合冬小麦生长季气温、日照和水分适宜度的计算模型,在河南省选择5个代表站点,利用1995-2013年冬小麦生长季的逐旬气象要素,构建了气温、日照、降水和土壤水分适宜度序列,分别建立了各代表站点产量要素的变化率或距平百分率的动态预报模型。结果表明:有效茎与气象条件的直接相关性不显著,但株成穗数的变化率与气温和水分适宜度的相关性较好,千粒重距平与土壤水分适宜度的相关性显著,穗粒数与气象因子适宜度的相关性小。除穗粒数变化率预报模型外,构建的株成穗数变化率及千粒重距平的动态预报模型显著性水平均较高。模型可从4月1日起,逐旬预报各产量要素值,各代表站点对株成穗数、穗粒数和千粒重的预报回代检验平均准确率分别为80.4%、88.5%和94.0%,5月上旬以后对理论产量的预报平均准确率为93.3%。利用2014年资料进行外推检验,对穗粒数和千粒重的预报准确率均在92.0%以上。因此基于主要气候因子适宜度与农学模式相结合的方法,可实现产量动态预报,预报准确率基本满足业务服务需求,但模型对产量的丰歉趋势预报准确率仍相对较低。     

月动力延伸预测模式业务系统DERF2.0对中国气温和降水的预测性能评估

基于国家气候中心第二代月动力延伸预测模式业务系统（DERF2.0）开展的1982～2010 年的回报试验结果和国家气象信息中心提供的669 个台站气象观测资料,利用距平相关系数ACC、平均方差技巧评分MSSS、距平符号一致率R 和短期气候预测业务分级检验Pg 等4 种方法综合评估了DERF2.0 系统对中国的气温和降水的预测性能。结果表明,DERF2.0 模式对气温的总体预测效果较好,对气温的预测性能较DERF1.0 模式有了较明显的提升。与过去全国的短期气候预测业务评分相比,DERF2.0 对气温和降水的预测都有所提高。与气温相比,DERF2.0对降水的预测性能相对较差,对降水的预测水平与DERF1.0 相接近。DERF2.0 对发生在1998 年和2006 年的极端旱、涝个例年也有一定的预测能力,且对气温的预测明显好于降水。从空间上来看,DERF2.0 在西南地区的确定性预测效果较差,模式仍然有很大的改进空间。     

上合青岛峰会期间延伸期气候趋势预测与检验

利用青岛1961—2017年5—6月逐日降水量、平均气温和大雾等气象资料,采用年代际气候背景分析、相似分析结合数值模式客观预报方法,于2018年5月制作了上合青岛峰会期间包括月尺度在内的延伸期气候趋势预测。主要预测结论为:5月中旬至6月上旬降水偏多,延伸期(主要时段6月上旬)降水正常略少;气温正常略高。根据中国气象局印发的《月、季气候预测质量检验业务规定》检验,降水延伸期气候趋势预测评分为67~100分。峰会期间天气过程预测采用韵律法,对开幕式日(6月9日)前后有一次冷空气或降水过程的预报把握较好,为决策气象服务争取了主动。对大雾趋势预测也进行了尝试,采用统计分析、环流形势分析与海雾数值模式预报相结合方法,对10d内预测较准确;对延伸期(6月上旬)趋势预测出现偏差。     

青岛上合峰会期间延伸期气候趋势预测与检验

利用青岛1961—2017年5—6月逐日降水量、平均气温和大雾等气象资料,采用年代际气候背景分析、相似分析结合数值模式客观预报方法,于2018年5月制作了上合青岛峰会期间包括月尺度在内的延伸期气候趋势预测。主要预测结论为：5月中旬至6月上旬降水偏多,延伸期（主要时段6月上旬）降水正常略少;气温正常略高。根据中国气象局印发的《月、季气候预测质量检验业务规定》检验,降水延伸期气候趋势预测评分为67～100分。峰会期间天气过程预测采用韵律法,对开幕式日(6月9日)前后有一次冷空气或降水过程的预报把握较好,为决策气象服务争取了主动。对大雾趋势预测也进行了尝试,采用统计分析、环流形势分析与海雾数值模式预报相结合方法,对10 d内预测较准确;对延伸期（6月上旬）趋势预测出现偏差。     

我国华东地区月尺度气候动力预测的研究:(Ⅰ)区域模式建立及模拟检验

用一个耦合了VXM水文模型的区域气候模式RegCM3,采用了较高的水平分辨率(40 km),对我国华东地区进行月尺度短期气候模拟及评估。本文主要介绍系统建立和使用1981~2000年共20 d的月尺度资料进行的气候模拟试验和检验研究,使用国家气候中心提出的计算评估方法,针对近地层温度和降水做了评估。结果表明,本系统在“消除”系统模拟偏差后,可以较稳定地对我国华东地区的温度和降水进行月尺度短期模拟,评分结果较高。总之,由对此区域气候模式的模拟能力的初步检验与评估看来,可进一步研究此模式,以作为业务预报模式投入实际应用。